JP2002372119A - ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造を簡単としながらも、効果的に冷却をす
る。 【解決手段】 ボールねじ装置１は、ねじ軸３の外周面
に刻設した螺旋溝３ａと略筒形状のナット２の内周面に
刻設した螺旋溝２ｆとの間に複数のボール５を配し、こ
のボール５を介してねじ軸３の回動動力をナット２の推
力に変換する。このボールねじ装置１は、ナット２の軸
方向の両端面２ａ，２ｂ間を貫通する冷却用孔４ａをナ
ット２の内部に備える。このような構成を備えるボール
ねじ装置装置２は、ねじ軸３に対してナット２が移動す
る際に、ナット２の端面２ａ，２ｂ間を貫通する冷却用
孔４ａ内を空気が流れ、ナット２が冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールねじ装置に
関し、特に工作機械、産業用ロボット等に使用されるボ
ールねじ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじ装置は、例えば、工作機械、
産業用ロボット等に使用されている。ボールねじ装置
は、溝断面が２つの円弧を連続させてなるゴシックアー
チ状である螺旋溝を外周に有する軸部材であるねじ軸
と、略円筒形状をなし、ねじ軸の螺旋溝に対応する螺旋
溝を内周面に有する部材であるナットとを備えている。
ボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に刻設した螺旋溝と
ナットの内周面に刻設した螺旋溝との間に複数のボール
を配し、このボールを介してねじ軸又はナットの回動動
力をナット又はねじ軸の推力に変換する。このようなボ
ールねじ装置は、例えば、ナットブラケットを介してＸ
Ｙテーブルに取り付けられて使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ボールねじ
装置は、ボールの運動がねじ軸やナットとの間で摩擦を
伴うことから、駆動により発熱する。ボールねじ装置が
発熱すると、ボールねじ装置に取り付けられている周辺
の部材、例えばナットブラケットやいわゆるＸＹテーブ
ルなどに熱変形が生じて問題になる。

【０００４】ボールねじ装置の発熱を抑える手法として
は従来からいくつか考えられている。例えば、軸内部に
冷却水を通す手法があるが、この手法では、設備が大掛
かりになるほか、ナットの熱を効率よく除去することが
できない。また、冷却用温度によってボールねじ装置の
温度が左右され、制御が困難であり、ボールねじ装置内
の温度を一定に保ちたい場合などには不向きである。

【０００５】さらに、ファンを用いてナットに風を当て
たとしても、ナットは一般にブラケットで覆われてお
り、効率よく冷却することができない。また、クリーン
環境下ではファンを用いて風を強制的に当てることは避
けたい。そこで、本発明は、上述の実情に鑑みてなされ
たものであり、構造を簡単としながらも、効果的に冷却
をすることができるボールねじ装置の提供を目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、ねじ軸の外周面に刻設し
た螺旋溝と略筒形状のナットの内周面に刻設した螺旋溝
との間に複数のボールを配し、このボールを介して前記
ねじ軸又は前記ナットの回動動力を前記ナット又は前記
ねじ軸の推力に変換するボールねじ装置であって、前記
ナットの軸方向の両端面間を貫通する貫通孔を該ナット
の内部に備える。このような構成を備えるボールねじ装
置装置は、ねじ軸に対してナットが移動する際に、ナッ
トの両端面間を貫通する貫通孔内を空気が流れ、ナット
が冷却される。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記貫通孔を、前記ナットの前記軸
方向に対して平行に前記ナット内部に形成している。こ
のような構成を備えるボールねじ装置は、ねじ軸に対し
てナットが移動する際に、ナットの軸方向に対して平行
に形成された貫通孔内を空気が流れ、ナットが冷却され
る。

【０００８】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の発明において、複数の前記貫通孔を、前記ねじ軸を
取り囲むように配列している。このような構成を備える
ボールねじ装置は、ねじ軸に対してナットが移動する際
に、ねじ軸を取り囲むように配列した複数の円形孔内を
空気が流れるので、ナットが全体的に冷却される。ま
た、請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明におい
て、前記ナットに取り付けられ、流体を導入し、導入し
た流体を前記複数の貫通孔において循環させる流体循環
手段を備える。このような構成を備えるボールねじ装置
は、流体循環手段により複数の貫通孔に冷却流体を循環
させて、ナットを冷却する。ここで、流体には、液体及
び気体のいずれもが含まれることは勿論である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。この実施の形態は、本
発明を、ボールを介してねじ軸の回動動力をナットの推
力に変換するとともに、ボール循環チューブによってボ
ールを循環させる循環チューブ方式のボールねじ装置
（以下、単にボールねじ装置という。）に適用したもの
である。

【００１０】図１乃至図３には、ボールねじ装置１の構
成を示している。ここで、図１は、側面からみたボール
ねじ装置１の断面図である。図２は、ボールねじ装置１
の正面図である。図３は、正面方向からみたボール循環
チューブ付近のボールねじ装置の断面図である。このボ
ールねじ装置１は、ナット２のねじ軸３の軸方向の両端
面間を貫通する貫通孔からなる冷却部４をナット２の内
部に備えている。

【００１１】ねじ軸３は、所定径を有する略棒状部材で
あって、溝断面が２つの円弧を連続させてなるゴシック
アーチ状である螺旋溝３ａを外周に有する軸部材であ
る。ナット２は、略円筒形状とされ、ねじ軸３の螺旋溝
３ａに対応する螺旋溝２ｆを内周面に有する胴体部２ｃ
と、胴体部２ｃの一端側に形成されているフランジ部２
ｄとから構成されており、これらが一体とされた部材か
らなる。

【００１２】このような構成により、ナット２の内部に
挿通されたねじ軸３は、その螺旋溝３ａがナット２の螺
旋溝２ｆと対向するようにされ、かかる溝内に、図１及
び図３に示すように、多数のボール５が転動自在に収納
されている。また、ナット２には、ボール５を循環させ
るボール循環チューブ６が取り付けられている。ナット
２には、その外周面に、ねじ軸３の螺旋溝３ａに対応し
て延在する図示しない２つの貫通孔が形成されており、
略Ｕ字形状のチューブとされるボール循環チューブ６
は、その両端部が、ナット２のその２つ貫通孔にそれぞ
れ嵌装されている。ここで、ボール循環チューブ６は、
図示しない取付板等によって、ナット２に固定されてい
る。ボールねじ装置１は、このようなボール循環チュー
ブ６により、ボール５を循環させている。

【００１３】さらに、ナット２には、図１に示すよう
に、ねじ軸３の軸方向の両端部にシール部材７が設けら
れている。シール部材７は、略リング形状とされ、例え
ば、摩擦係数の小さな合成樹脂により形成されている。
例えば、シート部材７の外周直径は、ナット２の胴体部
２ｃの外周直径よりも若干小さく形成されている。ナッ
ト２における両端部には、凹部２ｅが形成されており、
シール部材７は、この凹部２ｅに装着されている。固定
は、例えばナットの半径方向から止めねじで止めること
によって行う。ボールねじ装置１は、このようなシール
部材７により、ナット２の内部に塵芥が侵入することを
効果的に防止している。

【００１４】そして、ナット２には、複数の円形孔４ａ
からなる冷却部４を有している。円形孔（以下、冷却用
孔という。）４ａは、ナット２の軸方向に略平行に、ナ
ット２の内部に形成されている。すなわち、各冷却用孔
４ａは、ナット２の軸方向に平行とされて直線に延びた
孔形状をなし、ナット２の各端面２ａ，２ｂの間におい
て貫通される形状をなしている。ここで、ナット２の各
端面２ａ，２ｂは、ナット２の軸方向、すなわちナット
２の移動方向に対して略垂直面をなしている。冷却部４
は、このような冷却用孔４ａがねじ軸３を取り囲むよう
に複数配列されて構成されている。

【００１５】また、上述したように、ナット２の両端部
にはそれぞれ、シール部材７が装着されていることか
ら、各冷却用孔４ａは、そのシール部材７についても貫
通するような形状になっており、実際には、シール部材
７において開口されている。なお、シール部材７の形状
によっては、シール部材７についても貫通する形状にす
ることに限定されるものではない。例えば、図１に示す
ものよりも、シール部材７の外周直径をナット２の胴体
部２ｃの外周直径よりさらに小さくすれば、冷却用孔４
ａは、シール部材７を貫通するように形成する必要はな
い。この場合、冷却用孔４ａの開口部は、ナット２の両
端面であって、ねじ軸３から見た場合にシール部材７よ
り外側に位置されるようになる。

【００１６】また、ナット２には、外周面の一部領域を
占有してボール循環チューブ６が取り付けられているこ
とから、図２に示すように、冷却用孔４ａは、そのよう
なボール循環チューブ６を避けるように配列されてい
る。以上のようなボールねじ装置１は、ナット２とねじ
軸３とが相対螺旋運動をすると、ナット２とねじ軸３と
の間に形成される螺旋溝間の転走路に沿ってボール５が
転動し、ボール循環チューブ６内に導かれ、そのボール
循環チューブ６内を通って反対側より転走路に戻るとい
う循環を繰り返すようになる。そして、ボールねじ装置
１は、このボール５を介してねじ軸３の回動動力をナッ
ト２の推力に変換している。

【００１７】そして、ボールねじ装置１は、このように
動作する際に、冷却用孔４ａに空気が導入され、ナット
２を内部から冷却している。以下これを、図４を用いて
詳細に説明する。図４には、ボールねじ装置１のナット
２に例えばＸＹテーブルのブラケット１０が取り付けら
れた状態を示している。ナット２が、ねじ軸３に対し
て、図４中に示す矢印Ａ方向に移動すると、ナット２の
両端面２ａ，２ｂにおいて冷却用孔４ａが開口されてい
ることから、その開口部（ナット２の進行方向側の端面
２ｂに形成されている開口部）が空気導入口として機能
して、図４中において点線の矢印で示すように、空気が
各冷却用孔４ａに導入される。そして、導入された空気
は、図４中において点線の矢印で示すように、各冷却用
孔４ａを通って、ナット２の進行方向とは反対側の端面
２ａの開口部から外方に放出される。そして、このよう
な空気流が、冷却部４を構成する冷却用孔４ａそれぞれ
において発生する。

【００１８】これにより、ボールねじ装置１は、ナット
２内部に空気を直接導入することができるので、発熱を
効率よく抑えることができる。よって、ボールねじ装置
１は、駆動による温度上昇を抑えることができ、これに
取り付けられるナットブラケットなどの部材の熱変形が
生じることを防止することができる。さらに、冷却用孔
４ａは、単純な形状であることから、単純な加工でナッ
ト２に形成することが可能になる。すなわち、簡単な構
造としてナット２の放熱性を向上させることができる。
このように、ボールねじ装置１は、ナット２に孔を貫通
させるだけの構造にするだけで、ナットが動く際に周辺
の空気をナット内部に流入させて冷却することができ、
特に装置を設けることなく、強制空冷と同様の効果を得
ることができる。

【００１９】さらに、ナット２への冷却用孔４ａの形成
は、ナット２を肉抜きしたことと同等な効果をもたらす
ので、ボールねじ装置１の軽量化を実現し、省エネルギ
ーや制御を容易とするように、２次的な効果を生み出
す。さらにまた、ナット２に孔を形成することは、ナッ
ト２の変形を考慮する必要があるほどに荷重が大きい場
合に変形のバランスをとることを可能にする。

【００２０】そしてまた、ナット２に孔をあけてナット
の断面積を小さくすることで、高負荷容量のボールねじ
において採用されているナット２とねじ軸３の断面積を
略同等にすることができる。また、ボールねじ装置１
は、上述した複数の冷却用孔４ａ間で強制的に流体を循
環させるような構成を備えることもできる。図５及び図
６には、複数の冷却用孔４ａ間で強制的に空気流を循環
させる第１及び第２の循環部材２１，２２からなる強制
循環手段２０を備えたボールねじ装置１の構成を示して
いる。図５は、ボールねじ装置１を側面から見た図であ
り、図６は、ボールねじ装置１を第２の循環部材側２２
から見た図である。この図５及び図６に示すように、第
１及び第２の循環部材２１，２２は、ナット２の端部に
形成されている各冷却用孔４ａの開口部を外部から閉塞
して、それら開口部を連結させるような形状をなす。

【００２１】すなわち、第１の循環部材２１について
は、図７に示すように、略リング形状をなした主面部２
１ａの内周及び外周にそれぞれ周壁２１ｂ，２１ｃを立
設した形状をなしている。第１の循環部材２１は、この
ように主面部２１ａに周壁２１ｂ，２１ｃを立設した形
状とすることで、主面部２１ａの一方の面に溝部を有し
た形状をなす。ここで、例えば、主面部２１ａの内周径
（又は内周の周壁２１ｂの直径）は、ナット２の内径に
略一致しており、また、主面部２１ａの外周径（又は外
周の周壁２１ｃの直径）は、ナット２の外径に略一致し
ている。

【００２２】一方、第２の循環部材２２についても、第
１の循環部材２１と同様な形状をなしており、図８に示
すように、略リング形状をなした主面部２２ａの内周及
び外周にそれぞれ周壁２２ｂ，２２ｃを立設した形状を
なしている。ここで、主面部２２ａは、第２の循環部材
２２において、ナット２に形成されている冷却用孔４ａ
の開口部に対向される部分をなす。

【００２３】そして、第２の循環部材２２にあっては、
周壁２２ｂ，２２ｃにより主面部２１ａの一方の面側に
形成される溝部に分割壁２２ｆ，２２ｇを形成して、該
溝部を第１の溝部２２ｄと第２の溝部２２ｅとに二分割
している。また、第２の循環部材２２には、第１の溝部
２２ｄ及び第２の溝部２２ｅそれぞれにおいて、冷却流
体を導入するための導入口２２ｈ及び冷却流体を外部に
放出する放出口２２ｉが主面部２２ａに形成されてい
る。例えば、導入口２２ｈ及び放出口２２ｉは、第１及
び第２の各溝部２２ｄ，２２ｅにおける端部位置に形成
されている。そして、導入口２２ｈ側に、図示しない冷
却流体供給装置の冷却流体供給パイプを接続し、放出口
２２ｉに冷却流体供給装置の冷却流体回収パイプを接続
する。

【００２４】このような構成をなす第１及び第２の循環
部材２１，２２は、ナット２の各端面２ａ，２ｂ側に個
別に配置されており、溝部が冷却用孔４ａの開口部に対
応するように取り付けられている。このような形状から
なる第１及び第２の循環部材２１，２２からなる強制循
環手段２０により、ボールねじ装置１は、第２の循環部
材２２の導入口２２ｈから冷却流体を取り込んで、第２
の循環部材２２の放出口２２ｉから冷却流体を外部に放
出させるようにして、冷却部４を構成する各冷却用孔４
ａにおいて冷却流体を強制的に循環させる。ここで、第
２の循環部材２２における第１の溝２２ｄによって開口
部が閉塞される冷却用孔４ａは、そのように循環される
冷却流体の流路の往路を構成し、また、第２の循環部材
２２における第２の溝部２２ｅによって開口部が閉塞さ
れる冷却用孔４ａは、流路の復路を構成する。

【００２５】以上のような強制循環手段２０により、冷
却用孔４ａに強制的に冷却流体を循環させることによ
り、より効果的に温度上昇を抑えることができるように
なる。このように、ボールねじ装置１は、強制循環手段
２０を備えることで、各冷却用孔４ａ内に冷却流体を強
制的に循環させて、強制冷却することができる。前記冷
却流体としては、気体及び液体のいずれも使用すること
ができる。

【００２６】なお、上述の実施の形態では、冷却部４を
構成する冷却用孔４ａの形状を、ねじ軸３に平行に走る
ように略直線孔形状としているが、これに限定されるも
のではない。例えば、ナット２内において蛇行させるこ
ともできる。この場合、少なくとも、蛇行された冷却用
孔の開口部（空気の導入口及び空気の放出口）は、ナッ
ト２の端面２ａ，２ｂに設けるようにする。なお、冷却
用孔４ａの形状を、ねじ軸３に平行に走るように略直線
孔形状にすれば、例えば、流れの損失の少ない流路が形
成される。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、ボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に刻設
した螺旋溝と略筒形状のナットの内周面に刻設した螺旋
溝との間に複数のボールを配し、このボールを介して前
記ねじ軸又は前記ナットの回動動力を前記ナット又は前
記ねじ軸の推力に変換するものであって、前記ナットの
軸方向の両端面間を貫通する貫通孔を該ナットの内部に
備えたことにより、ねじ軸に対してナットが移動する際
に、ナットの両端面間を貫通する貫通孔内に空気を流
し、ナットを冷却する。これにより、ボールねじ装置
は、構造を簡単としながらも、効果的に冷却をすること
ができる。

【００２８】また、請求項２記載の発明によれば、ボー
ルねじ装置は、前記貫通孔を、前記ナットの前記軸方向
に平行に前記ナット内部に形成したことにより、請求項
１記載の発明の効果に加えて、例えば、流れ損失なく、
貫通孔内に空気を流すことができる。また、請求項３記
載の発明によれば、ボールねじ装置は、複数の前記貫通
孔を、前記ねじ軸を取り囲むように配列したことによ
り、請求項２記載の発明の効果に加えて、ねじ軸を取り
囲むように配列した複数の貫通孔内を空気が流れるの
で、ナットを全体的に冷却することができる。

【００２９】また、請求項４記載の発明によれば、ボー
ルねじ装置は、前記ナットに取り付けられ、流体を導入
し、導入した流体を前記複数の貫通孔において循環させ
る流体循環手段を備えたことにより、請求項３記載の発
明の効果に加えて、冷却流体循環手段により複数の貫通
孔に冷却流体を循環させて、ナットを冷却することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のボールねじ装置の構成を
示す図であって、側面方向からみた断面図である。

【図２】ボールねじ装置の構成を示す図を示す正面図で
ある。

【図３】ボールねじ装置の構成を示す図であって、正面
方向からみた断面図である。

【図４】ボールねじ装置における冷却を説明するために
使用した断面図である。

【図５】強制循環手段を備えたボールねじ装置の構成を
示す図であって、側面方向からみた断面図である。

【図６】強制循環手段の第２の循環部材側からみたボー
ルねじ装置の構成を示す図である。

【図７】強制循環手段の第１の循環部材を示す正面図で
ある。

【図８】強制循環手段の第２の循環部材を示す正面図で
ある。

【符号の説明】

１ ボールねじ装置 ２ ナット ３ ねじ軸 ４ 冷却部 ４ａ 冷却用孔 ５ ボール ２０ 強制循環手段 ２１，２２ 循環部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ねじ軸の外周面に刻設した螺旋溝と略筒
   形状のナットの内周面に刻設した螺旋溝との間に複数の
   ボールを配し、このボールを介して前記ねじ軸又は前記
   ナットの回動動力を前記ナット又は前記ねじ軸の推力に
   変換するボールねじ装置において、 前記ナットの軸方向の両端面間を貫通する貫通孔を該ナ
   ットの内部に備えたことを特徴とする請求項１記載のボ
   ールねじ装置。
2. 【請求項２】 前記貫通孔を、前記ナットの前記軸方向
   に対して平行に形成したことを特徴とする請求項１記載
   のボールねじ装置。
3. 【請求項３】 複数の前記貫通孔を、前記ねじ軸を取り
   囲むように配列したことを特徴とする請求項２記載のボ
   ールねじ装置。
4. 【請求項４】 前記ナットに取り付けられ、流体を導入
   し、導入した流体を前記複数の貫通孔において循環させ
   る流体循環手段を備えたことを特徴とする請求項３記載
   のボールねじ装置。